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交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器的制作方法

文檔序號:12119641閱讀:247來源:國知局
交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及一種電流數(shù)字傳感器,主要用于電動汽車交流電機驅(qū)動控制器的三相電流檢測檢測。



背景技術(shù):

電流檢測是電動汽車交流電機控制器最重要的檢測技術(shù)之一,在交流電機堵轉(zhuǎn)或者發(fā)生浪涌電流的瞬間,如果能在第一時間檢測出對VMOS管或IGBT模塊所能承受極限的有害沖擊電流,及時關(guān)斷功率器件的電流通道,是防止電機功率控制模塊燒毀的有效保護措施之一。

電動汽車驅(qū)動電機控制器的三相電流檢測,通常采用具有高效率的康銅絲或康銅板合金作為采樣電阻,直接作為電機控制器三相電流回路中的一個元件,再輔以電流比較窗口電路組成。其中,電流采樣部分與電流比較電流各自為戰(zhàn),對于不同的電流參數(shù),勢必要增加多個比較窗口電路。

所述的康銅合金是含有40%鎳和1.5%錳的銅合金,由于其具低電阻率的溫度系數(shù),一般可在較寬的溫度范圍內(nèi)使用,不過由于康銅的高電阻率,在電流檢測過程中,康銅絲或康銅板作為三相回路的電流采樣電阻,其發(fā)熱也十分嚴(yán)重,這對于車載動力電池的電量消耗是極為不利的。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

技術(shù)問題

如何克服現(xiàn)有電動汽車交流電機控制器電流檢測的缺陷,正是本發(fā)明要解決的問題。

目前,電動汽車驅(qū)動電動機控制器的三相電流檢測或總電流檢測存在以下兩個問題:

1、采用直接測量技術(shù),康銅絲或康銅板直接作為采樣電阻,成為電機控制器三相電流回路中的一個電流檢測元件,由于康銅材料先天的高電阻率,因此在電流檢測過程中,康銅絲或康銅板本身的發(fā)熱也十分嚴(yán)重,一方面降低了電池的使用效率,另一方面也增大了交流電機控制器的散熱成本。

2、電流采樣部分和電流比較電路各自為戰(zhàn),而且,每一個電流比較窗口電路只能設(shè)定一個電流閥值參數(shù),對于不同的電流參數(shù),勢必要增加多個比較窗口電路,將大大增加電流的硬件檢測開銷。

技術(shù)方案

為了克服現(xiàn)有電動汽車電機控制器電流檢測的缺陷,本發(fā)明提出了一種新穎的電動車電機控制器用電流數(shù)字傳感器方案,其新穎之處在于:

1、采用非接觸測量技術(shù),使用了帶矩形切口的超微晶薄帶環(huán)形鐵芯,具有高導(dǎo)磁率、低矯頑力,耐大電流沖擊,高導(dǎo)磁率可減少比差,提高互感器精度,減少比差,飽和磁感應(yīng)強度高于坡莫合金,上限接近1下限接近0的矩形系數(shù),適合做成400至8000Hz高頻率電流的檢測。

2、引入和線性霍爾元件與單片計算機技術(shù),一是實現(xiàn)電流檢測的數(shù)字化濾波,并與高速同步串行通信總線結(jié)合起來,同時實現(xiàn)被測電流的二進制數(shù)字轉(zhuǎn)換和傳遞。

3、本發(fā)明將電流采樣、檢測、比較、數(shù)字傳送四位一體,實現(xiàn)了整體最省,系統(tǒng)最優(yōu)。

其技術(shù)方案具體如下:

一種交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器,由上蓋、下蓋、微晶環(huán)形鐵芯體、PCB板、單片機、霍爾元件組成,其要點在于:

所述的上蓋和下蓋組成的封閉空間中,封裝了微晶環(huán)形鐵芯體、PCB板,所述的微晶環(huán)形鐵芯體是由微晶薄帶按照阿基米德螺線卷繞而成的圓形柱,圓形柱上開有矩形切口;所述的PCB板上焊接有單片機、霍爾元件,然后插入下蓋內(nèi)壁開的線路板槽中,霍爾元件位于微晶環(huán)形鐵芯體的矩形切口中間位置處,最后再將四芯插針穿過下蓋)底部的插針出孔,再焊接在PCB板上;所述的四芯插針分別定義為,“+”端為電源+5V,“-”端為地,“D”端為串行數(shù)據(jù)輸出端,“T”端為時針脈沖輸出端,分別與單片機的電源端和I/O引腳相連,所述的霍爾元件為三條引腳線的線性元件,其中二條引線分別接“+”端和“-”端,另一條引腳線與單片機的A/D引腳相連。

所述的上蓋和下蓋均為圓柱形與矩形的結(jié)合體,其中上蓋的中心位置有一個圓柱體的護套,下蓋的中心位置有一個中心孔,微晶環(huán)形鐵芯體嵌入護套中,矩形體的空間中插入PCB板,上蓋)外壁帶有掛鉤扣手,下蓋外壁帶有倒齒,上蓋和下蓋合攏后,掛鉤扣手剛好掛住倒齒。

所述的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器的下蓋底部有定位插頭,可按線路板方式安裝在交流電機控制器的電路板上。

所述的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器,它對電流電機控制器的三相電流圓柱輸出接頭有如下的限制,即三相電流圓柱輸出接頭(16)上至少切割出一個感應(yīng)平面,安裝時,所述的三相電流圓柱輸出接頭上的磁感應(yīng)平面與霍爾元件的磁感應(yīng)平面應(yīng)保持平行。

技術(shù)效果

本發(fā)明所提出的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器,具有如下顯著的有益效果:

1、本發(fā)明所提出的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器,采用了一種非接觸的大電流檢測技術(shù),率先將單片機、磁感應(yīng)技術(shù)和數(shù)字總線通信技術(shù)結(jié)合一體,這是一種全新的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器。

2、本發(fā)明巧妙之處是采用了系統(tǒng)集成的模塊化結(jié)構(gòu),電流檢測部件和數(shù)據(jù)處理部件都集中在一個殼體中,通過單片機作為核心器件實施協(xié)調(diào)處理,真正實現(xiàn)整體最省,系統(tǒng)最優(yōu)。

3、基于本發(fā)明所設(shè)計的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器摒棄了傳統(tǒng)的康銅絲或康銅板作為采樣電阻的模式,因此也甩掉了交流電機控制器上的一個最大的發(fā)熱體,從而為交流電機控制器散熱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了簡便,是對現(xiàn)有交流電機控制器的實質(zhì)性改進。

4、基于本發(fā)明所設(shè)計的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器摒棄了傳統(tǒng)的使用鐵硅鋁材料作為前端采樣電流的方法,而是使用了帶矩形切口的超微晶薄帶環(huán)形鐵芯,具有比鐵硅鋁更高的導(dǎo)磁率、低矯頑力,耐大電流沖擊,高磁導(dǎo)率可減少比差,提高互感器的精度,減少比差,飽和磁感應(yīng)強度高于坡莫合金,接近1或接近0的矩形系數(shù),適合做成400至8000Hz高頻率電流的檢測。

5、所述的磁通量檢測芯片是采用平面霍爾傳感技術(shù)的單片集成電路,它可以檢測到平行于芯片表面由于電流變化導(dǎo)致的磁通密度變化,所述的霍爾元件可實現(xiàn)溫度飄逸的自動補償,通過其引腳輸出準(zhǔn)確度很高的線性信號,該信號送到單片機中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,從而可以精確檢測當(dāng)前每一相電流的實際大小,單片機通過數(shù)字濾波和工程量變換,可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,并通過串行總線實現(xiàn)電流數(shù)據(jù)的數(shù)字傳送,具有成本低廉,測量精度高的特點。

6、特別有意義的是,交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器是功率控制現(xiàn)場的電流傳感器,它的數(shù)字化為大電流的非接觸性檢測,提供了一種高效、低成本和可靠的數(shù)字技術(shù)解決方案。

附圖說明

圖1交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器正面外形圖;

圖2交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器背面外形圖;

圖3交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器正面爆炸圖一;

圖4交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器正面爆炸圖二;

圖5交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器背面爆炸圖一;

圖6交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器背面爆炸圖二;

圖7交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器背面爆炸圖三;

圖8去掉上蓋后的內(nèi)部圖一;

圖9去掉上蓋后的內(nèi)部爆炸視圖;

圖10插入三相電流輸出接頭后的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器正面外形圖。

標(biāo)號說明:

1 上蓋 2 下蓋

3 定位插頭 4 四芯插針

5 微晶環(huán)形鐵芯體 6 PCB板

7 插針出孔 8 護套

9 掛鉤扣手 10 倒齒

11 矩形切口 12 單片機

13 霍爾元件 14 下蓋中心孔

15 線路板槽 16 三相電流圓柱輸出接頭

17 感應(yīng)平面

具體實施方式

本發(fā)明所述的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器如圖1至圖10所示。下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。

一種交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器,由上蓋1、下蓋2、微晶環(huán)形鐵芯體5、PCB板6、單片機12、霍爾元件13組成,其要點在于:

所述的上蓋1和下蓋2組成的封閉空間中,封裝了微晶環(huán)形鐵芯體5、PCB板6,所述的微晶環(huán)形鐵芯體5是由微晶薄帶按照阿基米德螺線卷繞而成的圓形柱,圓形柱上開有矩形切口11;

所述的PCB板6上焊接有單片機12、霍爾元件13,然后插入下蓋2內(nèi)壁開的線路板槽15中,霍爾元件13位于微晶環(huán)形鐵芯體5的矩形切口11中間位置處,最后再將四芯插針4穿過下蓋2底部的插針出孔7,再焊接在PCB板6上;

所述的四芯插針4分別定義為,“+”端為電源+5V,“-”端為地,“D”端為串行數(shù)據(jù)輸出端,“T”端為時針脈沖輸出端,分別與單片機12的電源端和I/O引腳相連,所述的霍爾元件13為三條引腳線的線性元件,其中二條引線分別接“+”端和“-”端,另一條引腳線與單片機12的A/D引腳相連。

所述的上蓋1和下蓋2均為圓柱形與矩形的結(jié)合體,其中上蓋1的中心位置有一個圓柱體的護套8,下蓋2的中心位置有一個中心孔14,微晶環(huán)形鐵芯體5嵌入護套8中,矩形體的空間中插入PCB板6,上蓋1外壁帶有掛鉤扣手9,下蓋2外壁帶有倒齒10,上蓋1和下蓋2合攏后,掛鉤扣手9剛好掛住倒齒10。

所述的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器的下蓋2底部有定位插頭3,可按線路板方式安裝在交流電機控制器的電路板上。

所述的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器,它對電流電機控制器的三相電流圓柱輸出接頭16有如下的限制,即三相電流圓柱輸出接頭16上至少切割出一個感應(yīng)平面17,安裝時,所述的三相電流圓柱輸出接頭16上的磁感應(yīng)平面17與霍爾元件13的磁感應(yīng)平面應(yīng)保持平行。

裝配完畢的霍爾元件13,處于微晶環(huán)形鐵芯體5的矩形切口(11)中間位置處,由于三相電流圓柱輸出接頭16的感應(yīng)平面17與霍爾元件13的磁感應(yīng)平面平行,因此霍爾元件13可以檢測到平行芯片表面由于電流變化導(dǎo)致的磁通密度變化,內(nèi)部可實現(xiàn)溫度漂移自動補償,通過其引腳輸出準(zhǔn)確度很高的線性信號,該信號送到單片機中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,從而可以可以精確檢測當(dāng)前每一相電流的實際大小,單片機通過數(shù)字濾波和工程量變換,可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,并通過串行總線實現(xiàn)電流數(shù)據(jù)的數(shù)字傳送,具有成本低廉,測量精度高的特點。

綜上所述,本發(fā)明所提出的交流電機控制器用電流數(shù)字傳感器,是一種全新的電流數(shù)字傳感器,其核心之處在于,它采用了系統(tǒng)集成的模塊化結(jié)構(gòu),電流檢測部件和數(shù)據(jù)處理部件都集中在一個殼體中,通過單片機作為核心器件實施協(xié)調(diào)處理,完全摒棄了傳統(tǒng)的采樣電阻和窗口比較電路,真正實現(xiàn)系統(tǒng)最省,整體最優(yōu),其應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。

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